Team:Lyon-INSA-ENS/Project/ContextFr

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         <img src="https://static.igem.org/mediawiki/2011/e/ef/Drapeau-anglais.gif"; width=20px; /> <a href="/Team:Lyon-INSA-ENS/Project/Context">English version  </a>  
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    <h1 style="color: white;">Un projet ancré au coeur des préoccupations actuelles </h1>    
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            Le projet "Cobalt Buster"<br><HR>
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            Ingénerie chez<i> E. coli</i> au niveau de l'adhésion afin d'améliorer la bioremédiation<br><HR>
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<b>Biofilms et dépollution.</b> Souvent associé à des maladies et un encrassement non voulu des surfaces, les biofilms
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ont un intérêt dans la bioremédiation, la biocatalyse ou comme biocarburant. Les procédés de bioremédiation utilisent la capacité microbienne naturelle à dégrader les substances organiques ou à modifier la spéciation des métaux en les immobilisant ou en les rendant volatils. De telles propriétés sont observées dans les écosystèmes naturels ainsi que dans des systèmes artificiels utilisés pour nettoyer les déchets solides ou liquides. L'intensité et la qualité de cette activité microbienne dépend de facteurs physiques et chimiques locaux, mais aussi de la voie de développement choisie par les bactéries (biofilm ou planton). La formation de biofilm est associée à la résistance à la plupart des biocides par divers mécanismes. L'adhésion est une propriété recherchée dans la plupart des processus de remédiation.
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L'activité d'une centrale nucléaire moderne à réacteur à eau pressurisée génère des <b>effluents radioactifs</b>. Ceux-ci contiennent entre autres du <b>cobalt radioactif</b>.
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Les tuyaux du circuit de refroidissement sont faits d'un alliage d'acier riche en cobalt. Ce cobalt est stable (59Co).
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Sous le bombardement de neutrons provenant du réacteur, le cobalt stable se transforme en un isotope radioactif, le cobalt 60 (60Co).
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<b>Stratégie: stimuler les capacités naturelles !</b>  La liaison à la matrice extracellulaire, les pompes d'efflux et
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l'activation des transporteurs permettent la concentration et la séquestration des biocides, tels que les métaux.
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Le génie génétique permet de dynamiser ces activités et d'améliorer le traitement de la pollution dûe aux métaux, en particulier pour les métaux toxiques à faible concentration. Les procédés chimiques classiques utilisant des résines échangeuses d'ions sont alors économiquement inappropriés, et grâce à leur grande sélectivité, les micro-organismes sont très efficaces.
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La capture de ce métal est intéressante d'un point de vue <b>sanitaire</b> car celui-ci présente un danger sous ses deux formes : sous la <i>forme radioactive</i> et sous sa <i>forme stable</i> (cancérigène). La capture du cobalt présente également un <b>enjeu environnemental</b> afin d'éviter des <i>contaminations des eaux</i> de surface et souterraines ainsi que des sols. Même si le cobalt 60 possède une <b>demi-vie courte</b>, il émet cependant des rayons gamma de forte intensité et se décompose en nickel stable mais polluant.
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<b>Biofiltres OGM pour le traitement des déchets nucléaires liquides. </b> Le traitement des déchets nucléaires est une application prometteuse pour le traitement biologique des contaminations dûes aux métaux. Le confinement est
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en effet un obstacle majeur à l'utilisation d'organismes génétiquement modifiés pour le traitement des déchets.
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Les déchets radioactifs étant soumis à un traitement rigoureux et réglementé, l'utilisation des OGM dans ce
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contexte devrait être bien acceptée par la société. L'activité des centrales nucléaires modernes possédant des réacteurs à eau pressurisée génère des effluents radioactifs qui contiennent entre autres du cobalt radioactif. Le tube du circuit de refroidissement est composé d'un alliage d'acier riche en cobalt et nickel. Sous le bombardement de neutrons provenant du réacteur, <b style="line-height : 1.5em"> ces métaux stables se changent en isotopes radioactifs.</b></p>
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  <img src="https://static.igem.org/mediawiki/2011/4/4f/Interrogation.jpg" width="18px" />
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  En subissant un bombardement neutronique en provenance du réacteur, les métaux stables se transforment en 60Co
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(demi-vie = 5,3 ans) et 58Co (demi-vie = 71 jours). La capture du cobalt est intéressante du point de vue <b> sanitaire </b> puisqu'il représente un danger <b> sous ses formes radioactive et stable (cancérigène) </b>. Cela représente également un avantage sur le plan <b>environnemental</b> en évitant la contamination des eaux, des sols et des eaux souterraines. Bien qu'ayant une demi-vie courte, le cobalt 60 émet des rayons gamma de haute <b> intensité </b>, et se désintègre en nickel, élément stable, mais polluant.
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Contrôler la récupération du cobalt radioactif est à la fois une question sanitaire et une question environnementale que nous avons l'intention de résoudre grâce à une <b>réponse innovante et économique</b>. Une chercheur de l'équipe de Lyon-INSA-ENS, <i>Agnès Rodrigue</i>, a récemment construit une souche d'E.coli capable d'éliminer le cobalt radioactif. Après seulement deux fois une heure d'incubation, cette <b>souche élimine 85% du cobalt</b> initialement présent à l'état de traces dans une reconstitution d'un effluent nucléaire, effluent fait d'un mélange de métaux lourds (Appl Microbio Biotechnol 2009 81:571- 578).
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La corrosion entraîne la solubilisation de ces produits d'activation, et la contamination de l'eau.
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<b>Capture sélective du cobalt. </b>  L'immobilisation contrôlée du cobalt radioactif est à la fois un enjeu sanitaire et environnemental important. Les produits d'activation sont normalement capturés
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en utilisant des résines échangeuses d'ions. Cela génère de grand volume de déchets solides en raison de la
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nature non spécifique des ions adsorbés. Dans ce contexte, une chercheuse faisant partie de l'équipe Lyon INSA-ENS a récemment construit une souche <i>E.coli</i> <b> capable d'éliminer 85% du cobalt radioactif </b> présent initialement sous forme de traces dans un effluent  nucléaire simulé.</p>
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Le procédé développé par l'équipe d'Agnès Rodrigue garantit la <b>décontamination du cobalt jusqu'à 0,5 ppm</b> (8 nM dans 100 000L) avec seulement <b>4kg de bactéries</b> contre 50 kg avec des bactéries non modifiées ou <b>8 000 kg de résines échangeuses d'ions</b>. Ce genre de procédé qui se base sur des <b>bactéries génétiquement modifiées</b> est intéressant puisque la production de bactéries dans un bio-réacteur est plutôt peu coûteuse. Cependant, une question reste non résolue à la fin de cette étude : la séparation des bactéries ayant fixé le cobalt.  
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  <img src="https://static.igem.org/mediawiki/2011/4/4f/Interrogation.jpg" width="20px" />
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    Un gène mutant des pompes d'efflux <i>rcnA</i>* de la bactérie <i>E. coli</i> a été conçu pour produire un transporteur avec une captation préférentielle pour le cobalt (Nicot). Le processus développé par Agnès  
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Rodrigue et ses collègues indiens assure la décontamination du <b> cobalt jusqu'à 0,5 ppm </b> (8
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nM dans 100 000L) avec seulement 4 kg <b> de bactéries modifiées contre 50 kg </b> avec une bactérie non modifiée ou
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8,000 kg d'un polymère échangeur d'ions durant seulement deux fois une heure d'incubation. Ce genre de processus
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utilisant des bactéries modifiées serait un bon moyen, car la production de bactéries dans un bioréacteur
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est économique. (Appl Microbio Biotechnol 2009 81:571 - 578). <br/>
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* <i>rcnA</i> = résistance au cobalt et au nickel
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Toutefois, l'utilisation de ces  bactéries fixatrices de cobalt doit être facilitée, avant d'envisager une application industrielle .
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Le <big>premier objectif</big> de notre projet est d'induire la <b>fixation de bactéries</b> optimisées pour la capture du cobalt et sa rétention en réponse à la présence de contaminant dans les effluents à traiter. Cela pourra se faire notamment grâce aux nouvelles techniques de génétique.
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<b>Le biofiltre "Cobalt Buster".
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</b> Notre objectif est de faciliter la récupération des bactéries pleines de métal en induisant leur fixation sur un support solide 
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Le <big>deuxième objectif</big> est de développer des souches capables de <b>construire sur demande des bio-films</b>. Notre but est de créer des capteurs qui pourront déclencher la formation de biofilms en réponse à la présence d'éléments radioactifs variés et d'offrir  un procédé de bio-remédiation plus efficace et moins couteux.
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(<a href="http://www.dailymotion.com/video/xl7q47_schema-prospects_tech#from=embediframe">Regarder l'animation "Biofiltre"</a>).
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Nous avons choisi de développer la propriété d'adhésion recherchée en utilisant les propriétés exceptionnelles des fibres amyloïdes curli. Lors d'une première approche, un opéron synthétique comprenant l'ensemble des gènes nécessaires à la production de curli sous contrôle d'un promoteur fort inductible par le cobalt a été conçu et synthétisé. Cette construction permet à <i>E. coli</i> K12 (MC4100, MG1655,
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NM522 ...) de se coller sur du polystyrène et du verre. L'adhésion est renforcée par la présence de
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cobalt et devrait éviter toute croissance sans adhésion. Dans une seconde approche, une part permettant la surproduction constitutive du  superactivateur de la synthèse de curli OmpR234 a été construite. En
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activant les gènes curli situés dans le génome de base de <i>E. coli</i> K12, cette part permet d'augmenter l'adhérence des bactéries au polystyrène et au verre. Ces résultats nous amènent à discuter d'une possible <a href="/Team:Lyon-INSA-ENS/Project/IndustrializationFr"><b> industrialisation </b> </a> avec la société Assystem et des perspectives de recherche et développement sur le sujet avec la société EDF.
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Pour conclure, notre objectif est donc de <b>déposer une part</b> qui permet de rendre n'importe qu'elle souche inductible au cobalt. <big>En présence de cet élément, les souches vont devenir adhérentes et former des biofilms grâce à leur curli.</big>
 
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Latest revision as of 02:49, 22 September 2011









Le projet "Cobalt Buster"








Ingénerie chez E. coli au niveau de l'adhésion afin d'améliorer la bioremédiation




Biofilms et dépollution. Souvent associé à des maladies et un encrassement non voulu des surfaces, les biofilms ont un intérêt dans la bioremédiation, la biocatalyse ou comme biocarburant. Les procédés de bioremédiation utilisent la capacité microbienne naturelle à dégrader les substances organiques ou à modifier la spéciation des métaux en les immobilisant ou en les rendant volatils. De telles propriétés sont observées dans les écosystèmes naturels ainsi que dans des systèmes artificiels utilisés pour nettoyer les déchets solides ou liquides. L'intensité et la qualité de cette activité microbienne dépend de facteurs physiques et chimiques locaux, mais aussi de la voie de développement choisie par les bactéries (biofilm ou planton). La formation de biofilm est associée à la résistance à la plupart des biocides par divers mécanismes. L'adhésion est une propriété recherchée dans la plupart des processus de remédiation.



Stratégie: stimuler les capacités naturelles ! La liaison à la matrice extracellulaire, les pompes d'efflux et l'activation des transporteurs permettent la concentration et la séquestration des biocides, tels que les métaux. Le génie génétique permet de dynamiser ces activités et d'améliorer le traitement de la pollution dûe aux métaux, en particulier pour les métaux toxiques à faible concentration. Les procédés chimiques classiques utilisant des résines échangeuses d'ions sont alors économiquement inappropriés, et grâce à leur grande sélectivité, les micro-organismes sont très efficaces.



Biofiltres OGM pour le traitement des déchets nucléaires liquides. Le traitement des déchets nucléaires est une application prometteuse pour le traitement biologique des contaminations dûes aux métaux. Le confinement est en effet un obstacle majeur à l'utilisation d'organismes génétiquement modifiés pour le traitement des déchets. Les déchets radioactifs étant soumis à un traitement rigoureux et réglementé, l'utilisation des OGM dans ce contexte devrait être bien acceptée par la société. L'activité des centrales nucléaires modernes possédant des réacteurs à eau pressurisée génère des effluents radioactifs qui contiennent entre autres du cobalt radioactif. Le tube du circuit de refroidissement est composé d'un alliage d'acier riche en cobalt et nickel. Sous le bombardement de neutrons provenant du réacteur, ces métaux stables se changent en isotopes radioactifs.

En subissant un bombardement neutronique en provenance du réacteur, les métaux stables se transforment en 60Co (demi-vie = 5,3 ans) et 58Co (demi-vie = 71 jours). La capture du cobalt est intéressante du point de vue sanitaire puisqu'il représente un danger sous ses formes radioactive et stable (cancérigène) . Cela représente également un avantage sur le plan environnemental en évitant la contamination des eaux, des sols et des eaux souterraines. Bien qu'ayant une demi-vie courte, le cobalt 60 émet des rayons gamma de haute intensité , et se désintègre en nickel, élément stable, mais polluant.

La corrosion entraîne la solubilisation de ces produits d'activation, et la contamination de l'eau.



Capture sélective du cobalt. L'immobilisation contrôlée du cobalt radioactif est à la fois un enjeu sanitaire et environnemental important. Les produits d'activation sont normalement capturés en utilisant des résines échangeuses d'ions. Cela génère de grand volume de déchets solides en raison de la nature non spécifique des ions adsorbés. Dans ce contexte, une chercheuse faisant partie de l'équipe Lyon INSA-ENS a récemment construit une souche E.coli capable d'éliminer 85% du cobalt radioactif présent initialement sous forme de traces dans un effluent nucléaire simulé.

Un gène mutant des pompes d'efflux rcnA* de la bactérie E. coli a été conçu pour produire un transporteur avec une captation préférentielle pour le cobalt (Nicot). Le processus développé par Agnès Rodrigue et ses collègues indiens assure la décontamination du cobalt jusqu'à 0,5 ppm (8 nM dans 100 000L) avec seulement 4 kg de bactéries modifiées contre 50 kg avec une bactérie non modifiée ou 8,000 kg d'un polymère échangeur d'ions durant seulement deux fois une heure d'incubation. Ce genre de processus utilisant des bactéries modifiées serait un bon moyen, car la production de bactéries dans un bioréacteur est économique. (Appl Microbio Biotechnol 2009 81:571 - 578).
* rcnA = résistance au cobalt et au nickel

Toutefois, l'utilisation de ces bactéries fixatrices de cobalt doit être facilitée, avant d'envisager une application industrielle .

Le biofiltre "Cobalt Buster". Notre objectif est de faciliter la récupération des bactéries pleines de métal en induisant leur fixation sur un support solide (Regarder l'animation "Biofiltre"). Nous avons choisi de développer la propriété d'adhésion recherchée en utilisant les propriétés exceptionnelles des fibres amyloïdes curli. Lors d'une première approche, un opéron synthétique comprenant l'ensemble des gènes nécessaires à la production de curli sous contrôle d'un promoteur fort inductible par le cobalt a été conçu et synthétisé. Cette construction permet à E. coli K12 (MC4100, MG1655, NM522 ...) de se coller sur du polystyrène et du verre. L'adhésion est renforcée par la présence de cobalt et devrait éviter toute croissance sans adhésion. Dans une seconde approche, une part permettant la surproduction constitutive du superactivateur de la synthèse de curli OmpR234 a été construite. En activant les gènes curli situés dans le génome de base de E. coli K12, cette part permet d'augmenter l'adhérence des bactéries au polystyrène et au verre. Ces résultats nous amènent à discuter d'une possible industrialisation avec la société Assystem et des perspectives de recherche et développement sur le sujet avec la société EDF.







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